RECOBRO DE HIDROCARBUROS LIQUIDOS DEL GAS NATURALPresentado por:

Mnica Suarez Farith Comas Andrs Carvajal Alejandro Santander Oscar Pacheco

Ingeniera de petrleos

Contenido1. Introduccin 2. Procesos de recobro2.1 Absorcin/Lean oil 2.2 Refrigeracin 2.3 Plantas criognicas

3. 4. 5. 6. 7.

Eleccin de Proceso Fraccionamiento Consideraciones de diseo Nuevas tecnologas Desarrollo Ejercicio Cap. 16 GPSA

1. IntroduccinEl recobro de HC lquidos del GN, tambin se conoce como procesamiento de gas. El trmino "procesamiento de gas" se utiliza para referirse a la eliminacin de etano, propano, butano y componentes ms pesados a partir de una corriente de gas. Estos pueden ser fraccionados y vendidos como componentes "puros", o pueden combinarse y venderse como una mezcla de lquidos de gas natural, o LGN.

El primer paso en una planta procesadora de gas es separar los componentes que deben ser recuperados del gas en una corriente LGN. Para esto, puede ser conveniente fraccionar el flujo de LGN en varios componentes del gas licuado de petrleo (GLP), como etano, propano, isobutano, butano normal. Los productos de GLP son definidos por su presin de vapor y debe cumplir con ciertos criterios como se muestra en la tabla 1. Los productos no fraccionados del LGN se define por las propiedades en la tabla 2. Los LGN se componen principalmente de pentanos e hidrocarburos ms pesados a pesar de que puede contener algunos butanos y con cantidades muy pequeas de propano. No puede contener componentes pesados que evapore a ms de 375 F.

Tabla 1

Tabla 2

Para decidir si es econmico eliminar lquidos de una corriente de gas natural, es necesario evaluar la disminucin del valor de gas despus de la extraccin del lquido. La tabla 3 muestra el valor de equilibrio para diferentes lquidos. Por debajo de estos valores las molculas sern ms valiosas como gas. La diferencia entre el precio de venta real del lquido y el precio de equilibrio del lquido en la Tabla 3 proporciona los ingresos para pagar el costo de capital, costos de combustible y de funcionamiento y otros gastos de mantenimiento necesarios para realizar la recuperacin de los gases econmicamente atractivos.

Tabla 3

Otro de los objetivos de procesamiento de gas es reducir el contenido de BTU del gas, mediante la extraccin de los componentes ms pesados para cumplir con un limite mximo permitido de calentamiento establecido por un contrato de venta de gas. Si el gas es demasiado rico en componentes pesados, el gas no funcionara correctamente en los quemadores que estn diseados para valores mas bajos de calentamiento. Un lmite mximo comn es de 1100 Btu/SCF. Por lo tanto, si el gas es rico en propano y componentes mas pesados ,este posiblemente tiene que ser procesado para reducir el valor de calentamiento, incluso en los casos donde esto pueda no ser econmico.

A continuacin se describen los procesos bsicos utilizados para separar los lquidos del GLP y LGN del gas y fraccionar estos en varios de sus componentes.

2. Procesos de Recobro

Absorcin Refrigeracin Plantas criognicas

2.1 AbsorcinEl tipo de planta de gas mas antigua son las plantas de absorcin , donde un aceite de tipo queroseno es circulado a travs de la planta como se muestra en la Figura 1. El "aceite pobre " se utiliza para absorber los componentes livianos del gas. Los componentes livianos son separados del aceite rico y el aceite pobre es reciclado.

Figura 1

Normalmente, la entrada de gas es enfriada por un intercambiador de calor con la salida de gas y un refrigerador antes de entrar al absorbedor. El absorbedor es una torre de contacto, similar en diseo a la torre de contacto de glicol. El aceite pobre del absorbedor se escurre hacia abajo sobre bandejas o embalajes mientras que el gas fluye en contracorriente hacia arriba al aceite del absorbedor. El gas sale de la parte superior del absorbedor mientras que el aceite del absorbedor, ahora rico en hidrocarburos ligeros del gas, sale de la parte inferior del absorbedor. Con el refrigerador a la entrada de corriente de gas ms alto es el porcentaje de hidrocarburos que se eliminar por el petrleo.

El aceite rico fluye al de-etanizador de aceite rico (o de-metanizador) (Unidad ROD) para desechar el metano y etano (o el metano solo) como gas flash. En la mayora de las plantas de aceite pobre la unidad ROD desecha tanto el metano y el etano, donde muy poco etano se recupera por el petrleo pobre. Si el metano slo fuera desechado en la unidad ROD, entonces puede ser necesario instalar una columna deetanizador aguas abajo y aun hacer un producto etano por separado y guardar el etano de contaminantes (es decir, aumentar la presin de vapor) de otros productos lquidos hechos por la planta.

La ROD es similar a una torre de estabilizacin de fuente fra para el aceite rico. El calor se aade en la parte inferior para eliminar casi todo el metano (y la mayora de etano probable) del producto de los fondos por intercambio de calor con el aceite pobre caliente procedente de la destilera. El reflujo es proporcionado por una pequea corriente de petrleo pobre fro inyectado en la parte superior de la ROD. El gas fuera de la sobrecarga de la torre se utiliza como combustible de plantas y / o es comprimido. La cantidad de componentes intermedios generados con este gas puede ser controlado ajustando el caudal de reflujo de aceite pobre frio.

El aceite del absorbedor fluye entonces a un lugar donde aun se calienta a una temperatura suficientemente alta para manejar los propanos, butanos, pentanos y otros componentes lquidos del gas natural para la sobrecarga. El proceso es similar a un estabilizador de petrleo crudo con reflujo. Cuanto ms baja sea la temperatura esta se acerca a la temperatura de ebullicin del aceite pobre al ms puro aceite pobre que se recirculara al absorbedor. El control de temperatura en el condensador mantiene petrleo pobre que se pierde con la sobrecarga.

As, el aceite pobre, para completar un ciclo, pasa por una etapa de recuperacin donde se recupera componentes ligeros e intermedios del gas, una etapa de desestimacin en la que los livianos extremos son eliminados del aceite rico y una etapa de separacin, donde los lquidos de gas natural se separan del aceite rico. Estas plantas no son tan populares como alguna vez lo fueron. Son muy difciles de manejar, y es difcil predecir su eficacia en la remocin de lquidos del gas. Niveles tpicos de recuperacin de lquidos son: C3 80 % C4 90 % C5+ 98 %

2.2 RefrigeracinEn una planta de refrigeracin el gas de entrada es enfriado a una temperatura suficientemente baja para condensar la fraccin deseada de GLP y LGN. Fren o propano se usa como refrigerante. La Figura 2 muestra una tpica planta de refrigeracin.

Figura 2

El agua libre debe ser separada y se baja al punto de roco del gas antes de enfriar la alimentacin para evitar la formacin de hidratos. Esto es posible deshidratando el gas con TEG o tamices de mole al punto de roco requerido. Es ms comn disminuir la temperatura del hidrato mediante la inyeccin de glicol en el gas despus de la separacin de agua libre. El glicol y agua se separan en el separador de fro en el que se encaminan a un regenerador, el agua es evaporada y el glicol se circula de nuevo para ser inyectado en la corriente de entrada. Algo de glicol se perder con el tiempo y tendr que reponerse. El glicol ms utilizado para este servicio es el glicol de etileno por su bajo costo y el hecho de que en las bajas temperaturas no se pierde la fase gaseosa.

El refrigerador es generalmente un intercambiador de tipo caldera. El fren (que se enfra en un ciclo de refrigeracin a -20 F) es capaz de enfriar el gas a aproximadamente - 15 F. El propano, que puede ser enfriado a - 40 F, se utiliza a veces si la temperatura del gas es mas baja y si se desea una mayor eficiencia en el recobro.

El gas y el lquido se separan en el separador de fro, que es un separador trifsico. El agua y glicol salen de la parte inferior, los hidrocarburos lquidos se dirigen a la torre de destilacin y el gas fluye por la parte superior. Si se desea recuperar etano, este proceso es llamado de-methanizer. Si slo el propano y componentes ms pesados van a ser recuperados, se llama de-ethanizer. El gas se llama "residuo de la planta "y es el gas de salida de la planta.

La torre funciona de la misma manera como un estabilizador de condensado con reflujo. La corriente de entrada de lquido se calienta por un intercambiador con el gas aproximadamente a 30 F y se inyecta en la torre ms o menos al momento donde la temperatura de la torre es de 30 F. Mediante el ajuste de la presin, el nmero de bandejas, y la cantidad de servicios de la caldera, la composicin de los lquidos del fondo pueden ser determinados.

Al disminuir la presin y aumentar la temperatura de fondo, ms metano y etano pueden ser evaporados de los lquidos del fondo y la RVP de la corriente lquida disminuye para cumplir con los requisitos para la venta o ms procesamiento. Los niveles tpicos de recuperacin de lquido son: C3 85 % C4 94% C5+ 98 %

Estos son mas altos que para una planta de aceite pobre. Es posible recobrar un pequeo porcentaje de etano en una planta de refrigeracin. Esto es limitado por la habilidad de enfriar la corriente de entrada no menor de -40 F con refrigerantes normales. La mayora de las plantas de refrigeracin usan fren como refrigerante y con limite de temperatura mas bajo a 20 F. Esto se debe a los cdigos de tuberas ANSI requeridas para consideraciones de metalurgia especial por debajo de -20 F para asegurar la ductilidad.

2.3 Plantas criognicasLa figura 3 muestra una tpica planta criognica donde se enfra el gas a -100 F a -150 F por la expansin a travs de una turbina o vlvula Joule-Thompson (J-T). En este ejemplo, los lquidos se separan del gas de entrada a 100 F y 1000 psig. Es entonces deshidratado menos de 1 ppm de vapor de agua para asegurar que los hidratos no se formarn a las bajas temperaturas encontradas en la planta. Tpicamente, un deshidratador de tamiz molar es usado.

Figura 3

El gas pasa a travs de intercambiadores de calor donde es enfriado por gas residual y los lquidos condensados se recuperan en un separador de fro a mas o menos -90 F. Estos lquidos se inyectan en el de-methanizer en un nivel donde la temperatura es de aproximadamente -90 F. El gas es entonces expandido (la presin disminuye respecto a la presin de entrada a 225 psig) a travs de una vlvula de expansin o un turboexpansor.

El turboexpansor utiliza la energa removida del gas debido a la cada de presin para impulsar un compresor, lo que ayuda a comprimir el gas a la presin de venta. El gas fro (-150 F) entonces entra en la columna de-methanizer en una condicin de presin y temperatura donde la mayora de los etanos-plus estn en estado lquido

El de-methanizer es anlogo a un estabilizador de condensados de fuente fra. A medida que el lquido cae y se calienta, el metano se evapora. El calor se aade a la parte inferior de la torre mediante gas residual caliente de descarga de los compresores para asegurar que los lquidos del fondo tienen una RVP aceptable o contenido de metano.

Debido a las temperaturas ms bajas que son posibles, las plantas criognicas tienen los niveles ms altos de recuperacin de lquidos. Los niveles tpicos son: C2 > 60 % C3 > 90% C4+ 100%

Cuadro Comparativo de recobro

Proceso de Recobro

Nivel de recuperacin de lquidos

Absorcin

C3 80 % C4 90 % C5+ 98 %

Refrigeracin

C3 85 % C4 94% C5+ 98 %

Plantas Criognicas

C2 > 60 % C3 > 90% C4+ 100%

3. Eleccin de Proceso

A causa de la mayor cantidad de recobros de liquido, las plantas criognicas son las ms diseadas en la actualidad para ser instaladas. Son simples de operar y fciles de empaquetar, aunque algo ms caros que las plantas de refrigeracin. Las plantas de refrigeracin pueden ser econmicas para corrientes de gas rico donde no se desea recuperar etano.

Las plantas de aceite pobre o absorcin son caras y difciles de operar. Rara vez son diseadas como nuevas plantas. Las plantas de absorcin existentes son a veces rescatadas, restauradas y trasladadas a nuevas ubicaciones.

4. FraccionamientoLos fondos lquidos de cualquier planta de gas pueden ser vendidos como un producto mezclado. Esto es comn para las plantas pequeas y aisladas donde no es suficiente la demanda local. El producto mezclado se transporta por camin, ferrocarril, barcazas o canalizacin a una ubicacin central para su posterior procesamiento. A menudo es ms econmico separar el lquido en sus diversos componentes y venderlo como etano, propano, butano y gasolina natural. El proceso de separacin del lquidos en estos componentes se llama fraccionamiento.

La figura 4 muestra un sistema tpico de fraccionamiento para una planta de refrigeracin o de absorcin. El lquido es conectado en cascada a travs de una serie de torres de destilacin donde sucesivamente los componentes ms pesados (fracciones) son separados como gas de cabeza. En esta figura, el lquido del proceso de una planta de absorcin o torre de-methanizer (o de-ethanizer) de una planta de expansin o refrigeracin se dirige a un de-propanizer.

Figura 4

Si hay demasiada fraccin de butanos-plus en el propano, esto puede ser reducido ajustando la presin de-propanizer ascendente o la temperatura de condensacin del reflujo hacia abajo. Si la presin de vapor del propano supera las especificaciones requeridas, esto significa que la fraccin de metano y etano en la corriente de entrada es demasiada alta. Esta fraccin se puede ajustar hacia abajo por el aumento de la temperatura o la disminucin de la presin de operacin del proceso o torre que alimenta de lquido al de-propanizer.

Los trabajos del de-butanizer de una manera similar. La torre de aguas arriba (de-propanizador) determina la presin mxima de vapor del producto butano. Si la concentracin de propano-menos es demasiado grande en la corriente de entrada, la presin de vapor de butano superior ser demasiado alta. Del mismo modo, la concentracin de pentanos plus en el butano depender de la temperatura de condensacin del reflujo y la presin de operacin de la torre. Si los pentanos-plus exceden de las especificaciones, aun mas reflujo de refrigeracin o una presin mas alta de operacin ser necesaria para condensar pentanos plus del butano superior.

La temperatura en la base del de-butanizer determina la presin de vapor del producto de la gasolina. Si su presin de vapor es demasiado alta, la temperatura debe ser aumentada o disminuir la presin de la torre para controlar ms butanos-menos de los lquidos del fondo. Si la alimentacin a la columna de fraccionamiento contiene etano recuperable, como es probable de ser el caso de una planta criognica, entonces, una torre de-ethanizer sera instalada aguas arriba de el de-propanizer.

5. Consideraciones de diseoEl diseo de cualquiera de los procesos de destilacin requiere la eleccin de una presin de operacin, temperatura de fondo, temperatura del condensador de reflujo y el nmero de bandejas. Esto se hace normalmente usando cualquiera de los varios programas de procesos de simulacin disponibles en el mercado que pueden realizar los clculos iterativos.

Algunos parmetros tpicos de diseo se muestran en la Tabla 4. La ptima efectividad a utilizar para cualquier proceso variar en funcin de las propiedades de alimentacin real, especificaciones de productos, etc. En la Tabla 4 el nmero real de las bandejas est incluido. Esto es porque el equilibrio completo entre el vapor y el lquido es normalmente no alcanzado en cada bandeja. A efectos de clculo el nmero de destellos terico puede ser un poco menor que el nmero de bandejas. Para los ms pequeos dimetros, torres de empaque se utiliza en lugar de bandejas.

Tabla 4

Algunos avances recientes en el empaquetamiento estructurado estn siendo utilizados por algunos operadores en las grandes dimetros de torres donde tendran normalmente utilizar bandejas. Una vez que las condiciones de funcionamiento se establecen para una torre, su dimetro y altura pueden ser cambiados a partir de datos disponibles de bandejas y fabricantes de empaquetamiento.

6. Nuevas TecnologasUna de las nuevas tecnologas es usar un solvente para separar el nitrgeno de los componentes hidrocarburos. Este proceso tiene la ventaja de no requerir co2 removido o deshidratacin profunda. La principal desventaja es que los componentes hidrocarburos son absorbidos y regenerados a baja presin. Por lo tanto el costo de la recompres ion ser muy alto. Tambin grandes caudales de recirculacin y bombeo correspondiente puede ser requerido. Esta tecnologa no ha sustituido el enfoque criognico, pero esta en un temprano estado de desarrollo.

Otra tecnologa alternativa utiliza tamices moleculares para separar el nitrgeno. Esta tecnologa tambin tolera co2 y agua. Esto porque los tamaos del lecho de los tamices moleculares son proporcionales al volumen de gas siendo tratado. Este proceso ha sido aplicado a pequeos volmenes. Tal proceso podra ser dirigido fcilmente sin atencin. La mayor desventaja de este proceso es que el producto metano es generado requiriendo una baja presin mas en la recompres ion que en la tecnologa de caja fra. Tambin la corriente de nitrgeno desechado puede tener suficientes hidrocarburos para evitar ventilacin del nitrgeno. Si un requerimiento de combustible es disponible se utilizara la corriente de nitrgeno desechado, la perdida de hidrocarburos podra ser una consideracin menor.

7. Ejercicio Cap. 16 GPSAEncontrar los galones por mil pies cbicos de hidrocarburos recuperables en la mezcla de gas (GPM), el valor calorfico mximo (HHV) de la alimentacin de gas y el HHV del gas residual con la siguiente eficiencia de recobro de lquidos del gas natural: C2-90%, C3 98%, iC4/nC4-99%, C5+-100%. Cual es la disminucin de los costos para $2/MMBTU ?

Solucin1. Se ve la composicin molar de cada componente, presente en el gas. 2. Del cap. 23 del GPSA, fig. 2 se encuentra el volumen especifico en Gal/mol de cada componente.

3. Ahora se multiplican los valores vistos en la fig. 2 del cap. 23, por el porcentaje molar de cada componente y se divide por 379.49 scf/mol (volumen a condiciones estndar (T= 60F, P=14.7 psia) que un gas ideal ocupa en 1 mol ), para obtener los galones por pie cubico estndar de gas.

4. Como los GPM se da en mil pies cbicos, el valor obtenido anteriormente se debe multiplicar por mil. Los GPM total son 3.117.

5. Los dems clculos hasta el porcentaje molar del gas residual son supremamente bsicos.

Ahora se calcula el HHV para las dos corrientes de gas. 1. El valor calorfico mximo de cada componente se obtiene de la fig. 2 del cap. 23 del GPSA

2. Ahora se multiplica tanto el porcentaje molar de la alimentacin de gas y el porcentaje molar del gas residual por el valor calorfico mximo de cada componente, obteniendo as el HHV de cada componente para las dos corrientes de gas. De esta manera, sumando el HHV de cada componente obtenemos el HHV para cada corriente de gas. Para la alimentacin de gas es 1115.01 Btu/scf y para el gas residual es 971.24 Btu/scf

Finalmente se calcula disminucin de los costos para $2/MMBTU Esto se realiza restando el calor de la corriente de la alimentacin de gas con el calor de la corriente de gas residual. Valor de disminucin = [(330 x 1115.01) (295.862 x 971.24)] = 80,600 MMBTU

Y para $2/MMBTU, ser:

Disminucin de costos = 80,600 MMBTU x $ 2/MMBTU Disminucin de costos= $ 161,200 /da

GRACIAS POR SU ATENCION..